[发明专利]一种不含准直透镜的结构光投射模组以及3D成像装置

说明书

本发明公开一种不含准直透镜的结构光投射模组以及具有该结构光投射模组的3D成像装置，包括：激光vcsel阵列光源，所述激光vcsel阵列光源的发光面具有规则排列的发光点；衍射光学元件，具有按照随机相位分布的微结构，用于复制由所述激光vcsel阵列光源发出的光束并向外扩散。本发明可以有效的提高模组的结构紧凑性和光能量利用率，同时避免了结构光投射模组中的DOE失效检测装置的使用，且从原理上解决了结构光3D成像装置在生物识别应用中的安全问题。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种不含准直透镜的结构光投射模组以及具有该结构光投射模组的3D成像装置。

背景技术

不同于传统的2D成像装置，如摄像机，只能获取物体的平面2D信息，3D成像装置还可以获取物体的深度信息，构建一个立体的3D模型，因此3D成像装置被广泛应用于工业测量，零件建模，医疗诊断，安防监控，机器视觉，生物识别，增强现实AR，虚拟现实VR等领域，具有极大的应用价值。

基于结构光技术的3D成像装置是一种体积小、成像精度高的新型技术装置，具备极大的商业应用潜力，目前在消费手机领域已经获得一定程度的应用。例如公开号CN206805630U的专利申请文件提供一种基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，包括：VCSEL阵列光源，所述VCSEL阵列光源包括：半导体衬底，以及至少两组VCSEL子阵列排列在半导体衬底上，所述VCSEL子阵列由VCSEL光源组成；衍射光学元件，所述衍射光学元件包括：至少两个衍射光学元件子单元；所述衍射光学元件子单元分别与所述VCSEL子阵列对应，用于将所述VCSEL子阵列的光源发射的光束以一定的倍数复制后向外投射。

结构光3D成像装置中的核心部分在于结构光投射模组，当前市面上结构光3D成像装置中的结构光投射模组都需要准直透镜来进行投射光路的预调整，因此具有结构复杂、光能量利用率低的缺点。同时，由于准直透镜的使用，一旦投射模组的DOE失效，激光光源的出射光将汇聚在中心，在生物识别应用如3D人脸识别中，会出现对使用者的眼睛造成视网膜烧伤的安全问题。因此使用准直透镜的结构光投射模组都会在模组内部增加DOE失效检测装置，如此进一步造成模组的结构复杂臃肿。

发明内容

本发明提供一种不含准直透镜的结构光投射模组，可以有效的提高模组的结构紧凑性和光能量利用率，同时避免了结构光投射模组中的DOE失效检测装置的使用，且从原理上解决了结构光3D成像装置在生物识别应用中的安全问题。

一种不含准直透镜的结构光投射模组，包括：

激光vcsel阵列光源，所述激光vcsel阵列光源的发光面具有规则排列的发光点；

衍射光学元件，具有按照随机相位分布的微结构，用于复制由所述激光vcsel阵列光源发出的光束并向外扩散，且使每一束的出射光束的相位变得随机不相干。

所述的激光vcsel阵列光源的发光面具有多个密集的发光点，发光点之间的排列分布是规则的，例如水平方向点间距是固定的，和/或竖直方向点间距也是固定的，或者部分发光点构成子单元然后复制多个分布在发光面上，如蜂窝状。传统的结构光投射模组为了保证最终投射出随机散斑结构光，需要激光vcsel阵列光源的发光点之间按照随机不相关的要求来分布排列，因此本方案也降低了激光vcsel阵列光源的设计与制造难度。由于本发明的结构光投射模组不含准直透镜，因此对激光vcsel阵列光源的发光点的出射光束发散角度要求低，0～35°之间都可满足要求，有利于降低激光vcsel阵列光源的制造难度，提升良率，降低成本。

所述的发光点之间的排列分布是规则的。例如水平方向点间距是固定的，和/或竖直方向点间距也是固定的，或者部分发光点构成子单元然后复制多个分布在发光面上；如蜂窝状或矩阵点阵排列等。作为优选的，所述的发光点按照矩阵行列的方式排布在所述的发光面上。

并列优选的，所述规则排列的发光点内，部分发光点构成子单元后复制多个分布在发光面上。